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Vortrag

WEB Eigenschaften von additiv gefertigten metallischen Metamaterialien aus einer superelastischen NiTi Formgedächtnislegierung

Donnerstag (14.05.2020)
17:05 - 17:20 Uhr Raum 2
Bestandteil von:


Pantographische Strukturen haben das Interesse als mechanisches Metamaterial geweckt, weil diese Strukturen auch bei starker Deformation im elastischen Bereich bleiben. Mechanische Metamaterialen, wie der Pantograph, zeigen ungewöhnliches mechanisches Verhalten und weisen häufig eine komplexe Form auf. Diese Formen stellen eine Herausforderung bei der Herstellung von funktionalen metallischen Metamaterialien dar, wobei die Laser Powder Bed Fusion (LPBF) eine Lösung zur Herstellung von sowohl Vollmaterial als auch von filigranen und komplexen Strukturen darstellt. Aufgrund von technischen Fortschritten im LPBF-Prozess ist es möglich filigrane metallische Strukturen in der Größe von etwa 150 µm herzustellen. Diese Entwicklung bietet ein enormes Potential in der Gestaltung von Metamaterialien. Dieser Fortschritt erweitert in Kombination mit dem einzigartigen mechanischen Verhalten von Formgedächtnislegierungen dieses Potential und zwar bezüglich auf deren Funktionsintegration. Im Speziellen erlaubt diese Kombination sowohl hohe globale (Struktur) als auch lokale (Material) Verformung durch Nutzung des pseudoelastischen Effekts.

 

In unserer Studie zeigen wir, dass metallische Metamaterialien, d.h. pantographische Strukturen mit einer Größe von 6 x 30 x 5 mm³ aus einer Ni50.9Ti49.1 (at.%) Formgedächtnislegierung durch LPBF hergestellt werden können. Zunächst wurden sowohl konventionelle als auch adaptive Scanstrategien eingesetzt, um den Einfluss auf die Qualität von Filigran- und Volumenproben zu untersuchen. In einem zweiten Schritt wurde das mechanische Verhalten von nicht genormten As-Built Zug- und Torsionsproben getestet und mit weiteren additiv hergestellt formgleichen Gegenstücke (Ti-Basis: Ti6Al4V, Fe-Basis: X3NiCoMoTi18-9-5) verglichen. Die Ergebnisse belegen, dass NiTi-Proben aufgrund der Superelastizität im As-Built Zustand vorteilhaft in Bezug auf die Verformbarkeit sind. Demzufolge wurde das Potenzial durch Zugversuche an pantographischen NiTi Strukturen bewertet.

 

Unsere Arbeit deutet an, dass superelastische NiTi-Formgedächtnismaterialien vielversprechende Legierungen für die Herstellung von metallischen Strukturen von der Mikro- (einzelne Stäbe, Gitter) bis zur Makroebene (Bulk-Proben, Pantographen) sind. Die gewonnenen Erkenntnisse können als experimentelle Grundlage für die Entwicklung entsprechender Simulationen sowie für die Auslegung und Bearbeitung strukturdynamischer, komplexer Bauteile mit bistabilen Mechanismen genutzt werden.

Sprecher/Referent:
Florian Gutmann
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Tobias Gustmann
    Fraunhofer-Institut für Werkzeugsmaschinen und Umformtechnik - IWU
  • Antonina Trippel
    Universität Freiburg
  • Konstantin Kappe
    Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik - EMI
  • Hannes Korn
    Fraunhofer-Institut für Werkzeugsmaschinen und Umformtechnik - IWU
  • Franziska Wenz
    Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik - IWM
  • Klaus Hoschke
    Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik - EMI